INTERFACE DE GESTÃO ATIVA DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA SMART-GRIDS

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA INTERFACE DE GESTÃO ATIVA DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA SMART-GRIDS Ian Mauro Concha Chia Vitor Teles Correia Curitiba - PR 2011

Ian Mauro Concha Chia - GRR20054791 Vitor Teles Correia - GRR20054999 INTERFACE DE GESTÃO ATIVA DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA SMART GRIDS Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro, do Curso de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki Curitiba - PR 2011

AGRADECIMENTOS Agradecemos aos nossos familiares e às companheiras, pela compreensão nos momentos difíceis e pelo apoio diante das adversidades, nos dando força para superar os obstáculos. Ao nosso orientador, Professor Dr. Alexandre Rasi Aoki, pela oportunidade de desenvolver este tema sob sua orientação, pelos valiosos conselhos e auxílio durante todas as etapas do desenvolvimento da monografia. Ao amigo Fernando Dias, que se dispôs a nos auxiliar incondicionalmente em inúmeras oportunidades, compartilhando seus vastos conhecimentos em programação, os quais foram fundamentais para o desenvolvimento da interface. Ao curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná, pela formação de qualidade, aos professores e a todos os amigos docentes e discentes que marcaram esta trajetória ao longo do curso.

RESUMO Diante da implementação eminente das redes inteligentes, proporcionada pelo avanço das tecnologias de comunicação nas redes de distribuição, um novo paradigma do sistema elétrico vem sendo formado, os smart grids. Em uma época na qual as preocupações com sustentabilidade são cada vez mais crescentes, o gerenciamento pelo lado da demanda de consumidores residenciais passa a ser uma importante ferramenta de gestão de energia. Os smart grids viabilizam a criação de sistemas de gestão de energia que ofereçam benefícios tanto aos consumidores como às concessionárias. Desenvolvida a partir da medição do consumo de energia em uma instalação elétrica de um consumidor residencial, neste trabalho, é apresentada uma proposta de interface web para um sistema de gestão de energia adequado aos paradigmas dos smart grid, de modo que sejam apresentadas ao usuário informações que permitam visualizar e entender os gastos com energia elétrica, desta forma podendo controlar e até mesmo adequar seus hábitos de consumo. Palavras-Chave: Redes Inteligentes, Gerenciamento pelo Lado da Demanda, interface amigável, gerenciamento do consumo

ABSTRACT Faced with the imminent implementation of intelligent grid, due to the improvement of communication technologies in distribution networks, a new model of the electrical system has been shaped, the smart grids. In an era where concerns about sustainability are increasingly growing, the demand-side management of residentialconsumersbecomesanimportanttoolforenergymanagement.smart grids enable the creation of energy management systems that offers benefits to both consumers and utilities. Developed from the measuring or energy consumption in a residential s electrical wiring, this paper presents a proposal for a web interface of a energy management system, suited to smart grids model, in order to present to the user information to visualize and understand the expenses with electricity, thus being able to control and even adjust their comsumption habits. Key words: Smart Grids, Demand-Side Management, userfriendly interface, energy management.

LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. ESQUEMÁTICO DE UMA RESIDÊNCIA CONECTADA À UMA REDE INTELIGENTE... 22 FIGURA 2 REDUÇÃO DE PICO... 29 FIGURA 3 DESLOCAMENTO DE CARGA... 29 FIGURA 4 PREENCHIMENTO DE VALES... 30 FIGURA 5 CRESCIMENTO ESTRATÉGICO DE CARGA... 31 FIGURA 6 CURVA DE CARGA FLEXÍVEL... 31 FIGURA 7 CONSERVAÇÃO ESTRATÉGICA... 32 FIGURA 8 ILUSTRAÇÃO POSTOS TARIFÁRIOS... 34 FIGURA 9 ENTRADA RESIDENCIAL (REDES INTELIGENTES)... 35 FIGURA 10 VISTA FRONTAL DO ANALISADOR DE POTÊNCIA MARH-21... 36 FIGURA 11 CONEXÃO DOS ALICATES DE TENSÃO E CORRENTE DO MARH- 21 (FONTE: MANUAL DO USUÁRIO MARH-21)... 36 FIGURA 12 CONEXÃO NA RESIDÊNCIA... 37 FIGURA 13 VISTA INFERIOR DO ANALISADOR DE POTÊNCIA MARH-21... 37 FIGURA 14 UNIFILAR DO APARTAMENTO ANALISADO... 38 FIGURA 15 ESTRUTURA UTILIZADA PARA CONCEPÇÃO DO SISTEMA... 39 FIGURA 16 ILUSTRAÇÃO DO GRÁFICO DO CONSUMO DIÁRIO... 41 FIGURA 17- ILUSTRAÇÃO DA ESTIMATIVA DE GASTOS... 43 FIGURA 18 TELA DE IDENTIFICAÇÃO DO USUÁRIO... 46 FIGURA 19 TELA INICIAL DA INTERFACE... 47 FIGURA 20 PÁGINA INICIAL HISTÓRICO DE CONSUMO... 47 FIGURA 21 HISTÓRICO DE CONSUMO DIÁRIO... 48 FIGURA 22 HISTÓRICO DE CONSUMO DIÁRIO DETALHADO... 49 FIGURA 23 HISTÓRICO DE CONSUMO SEMANAL... 50 FIGURA 24 HISTÓRICO DE CONSUMO MENSAL... 51 FIGURA 25 CONSUMO DO DIA 23 DE AGOSTO DE 2011... 52 FIGURA 26 CONSUMO DO DIA 30 DE AGOSTO DE 2011... 52 FIGURA 27 ESTIMATIVA DE GASTOS FATURA DE OUTUBRO DE 2011... 54

FIGURA 28 TELA DO CONTROLE DIRETO DE CARGA MOSTRANDO AS OPÇÕES DE INÍCIO DE CICLO COM OS SEUS RESPECTIVOS VALORES PARA A LAVA E SECA ROUPAS 9 KG... 55

LISTA DE TABELAS TABELA 1 VALORES DA TARIFA NOS DIFERENTES POSTOS.... 40 TABELA 2 RECOMENDAÇÕES BÁSICAS DE USUABILIDADE... 45 TABELA 3 CÁLCULO PARA ESTIMATIVA DE GASTOS... 53 TABELA 4 CÁLCULO ESTIMATIVA DA FATURA DE OUTUBRO DE 2011... 53 TABELA 5- RECOMENDAÇÕES DE USUABILIDADE CONTEMPLADAS PELA INTERFACE... 56

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 13 1.1 CONTEXTO... 13 1.2 OBJETIVO GERAL... 14 1.2.1 Objetivos Específicos... 14 1.2.2 Funcionalidades... 14 1.3 JUSTIFICATIVA... 15 1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA... 15 2 SMART GRID... 17 2.1 O QUE É SMART GRID... 17 2.2 MISSÃO... 18 2.3 FUNÇÕES E OBJETIVOS... 18 2.3.1 Motivar o gerenciamento pelo lado da demanda... 19 2.3.2 Fornecer energia de melhor qualidade ao consumidor... 19 2.3.3 Acomodar a microgeração e armazenamento de energia... 20 2.4 TECNOLOGIA E INFRAESTRUTURA PARA SMART GRID... 21 2.5 ESTUDOS DE CASO... 22 2.5.1 França... 23 2.5.2 Noruega... 23 2.5.3 Estados Unidos... 23 2.6 IMPLEMENTAÇÃO DO SMART GRID NO BRASIL... 24 3 GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA... 26 3.1 CONCEITO... 26 3.2 OBJETIVOS DO GLD... 27 3.3 MÉTODOS E VANTAGENS... 28 3.3.1 Redução de Pico (Peak Clipping):... 28 3.3.2 Deslocamento de Carga (Load Shifting):... 29

3.3.3 Preenchimento de Vales (Valley Filling):... 30 3.3.4 Crescimento Estratégico da Carga (Strategic Growth):... 30 3.3.5 Curva de carga flexível... 31 3.3.6 Conservação Estratégica... 31 3.4 TECNOLOGIAS E OPORTUNIDADES DO GLD... 32 3.5 TARIFAÇÃO BRANCA... 33 4 MATERIAIS E MÉTODOS... 35 4.1 COLETA DE DADOS... 35 4.2 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO E BANCO DE DADOS... 39 4.3 TARIFAÇÃO... 40 4.4 MÉTODOS DE ANÁLISE DO CONSUMO... 40 4.4.1 Consumo Diário por Hora... 40 4.4.2 Consumo da Semana por Dia... 41 4.4.3 Consumo Mensal por Dia... 42 4.5 MÉTODOS DE CONTROLE DE CARGA... 42 4.6 MÉTODO DE ESTIMATIVA DE GASTOS... 42 4.7 MÉTODO DE ANÁLISE DE USABILIDADE DO SISTEMA... 44 5 ANÁLISE E RESULTADOS... 46 5.1 HISTÓRICO DE CONSUMO... 47 5.1.1 Comparativo entre dois dias de consumo... 51 5.2 ESTIMATIVA DE GASTOS... 53 5.3 CONTROLE DIRETO DE CARGA... 54 5.4 USABILIDADE DO SISTEMA... 55 6 CONCLUSÕES E SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS... 57 6.1 CONCLUSÕES... 57 6.2 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS... 57

7 REFERÊNCIAS... 58

1 INTRODUÇÃO 1.1 CONTEXTO As preocupações crescentes com sustentabilidade têm incentivado a geração de energia a partir de métodos mais eficientes e a utilização de equipamentos de uso final que consumam menos. Considerando ainda que o armazenamento de energia elétrica não é viável do ponto de vista econômico, o balanceamento entre a geração e a demanda deve ser constantemente ajustado em tempo real. Além disso, a demanda ao longo do dia possui valores de mínimo máximo consumo, onde o custo da geração de energia elétrica apresenta valores variáveis, entre outras, devido aos limites de operação das unidades geradoras. De uma forma geral, o mercado da energia opera de forma a maximizar o benefício social (geradores e consumidores), porém o consumidor é atualmente cobrado por um preço médio, que não representa o valor correspondente ao custo de geração naquele instante. Uma vez que o sistema elétrico é dimensionado para atender aos períodos de maior consumo (ponta), é facilmente perceptível que a utilização da capacidade de geração não é realizada de maneira eficaz. Quando o assunto é otimizar a utilização do sistema de potência, o Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD) é uma ferramenta importante a ser considerada. Aliada à implantação das redes inteligentes, uma das vantagens a ser destacada, é o surgimento de uma grande interação dos clientes com o sistema de distribuição, escolhendo tarifas e fazendo gestão ativa a fim de adequar o consumo. Considerando que as empresas passem a estimular o deslocamento do consumo para outros intervalos, por exemplo através da adoção de postos tarifários com valores (R$/kWh) variáveis, torna-se possível otimizar a geração de energia para os patamares de consumo, proporcionando uma demanda adequada à capacidade racional de geração e distribuição, racionalizando os custos e a utilização da rede de distribuição, beneficiando o sistema como um todo. A proposta deste trabalho é focada no desenvolvimento de um sistema que permita que o consumidor e a concessionária trabalhem em parceria a fim de racionalizar o consumo da energia elétrica, sendo possível controlar cargas (ou equipamentos, tais como lavadoras, secadoras de roupa, ar condicionados, carros 13

elétricos), permitindo ao usuário configurar seu consumo de energia elétrica, de modo a optar pela melhor utilização da energia, de acordo com a necessidade do consumidor, acionando as cargas automaticamente no horário desejado, inclusive considerando situações onde a tarifa de energia é mais barata em determinados horários. Além disso, o sistema procura apresentar informações acerca do consumo de modo que os consumidores entendam e reconheçam facilmente seus perfis de consumo. Desta forma, pode-se obter um perfil da curva de carga mais uniforme, logo são reduzidos desperdícios, custos e investimentos em novas unidades geradoras. 1.2 OBJETIVO GERAL Desenvolver uma interface de um sistema de gestão ativa de consumo que leia e interprete os dados obtidos a partir de um analisador de potência e disponibilize informações ao usuário. 1.2.1 Objetivos Específicos Coletar e analisar dados de tensão, corrente, potências e energia de um consumidor residencial a uma determinada taxa de amostragem com um analisador de consumo, a fim de proporcionar informações suficientes para a construção das curvas de carga; Simular diferentes configurações de consumo possíveis de um consumidor residencial; Desenvolver um método para estimar a economia proporcionada a um consumidor residencial devido à utilização de um sistema de gestão ativa baseado em GLD em um consumidor residencial; Identificar tendências de gastos e apresentá-las ao usuário em kwh e em R$h, referentes ao consumo de energia mensal, utilizando como referência os dados armazenados a partir da leitura do medidor; Desenvolver um método de avaliar se a utilização da energia está ocorrendo de forma otimizada; Desenvolver um método eficaz de monitoramento das cargas que possibilite efetuar o controle de carga, considerando conceitos de GLD, propondo alternativas ao perfil de consumo do usuário; 1.2.2 Funcionalidades Apresentar ao usuário, de maneira didática e de fácil compreensão, a curva da carga em função das horas do dia; 14

Alertar o usuário sobre informações enviadas pela concessionária, tais como interrupções de fornecimento programadas, vencimento de faturas, etc; 1.3 JUSTIFICATIVA Sistemas de medição e monitoramento do consumo de energia já existem para o serviço de fornecimento de energia atual, porém estes foram desenvolvidos para operarem em uma rede sem a plataforma de smart grids, onde conceitos como controle da carga, ou GLD, eram de difícil execução. O desafio encontra-se em desenvolver um sistema adequado às mudanças de paradigmas provenientes da implantação dos smart grids, que gerencie o consumo de uma unidade consumidora, promova a utilização mais eficaz da energia elétrica, forneça dados acerca do consumo de maneira simples, desta maneira favorecendo o uso racional e economia para o usuário e ao mesmo tempo, possibilitando à concessionária e ao consumidor realizar a gestão ativa do consumo. O sistema proposto, de gerenciamento pessoal de energia, apropriado aos paradigmas de smart grids e com suporte a plataforma Web, será responsável por obter e armazenar dados de consumo, a fim de proporcionar informações suficientes para a construção das curvas de carga. O sistema irá processar os dados de modo a apresentá-los ao usuário, em uma interface gráfica, de maneira didática e de fácil compreensão, permitindo identificar tendências de gastos decorrentes de seu consumo. Outro aspecto proposto para o sistema refere-se ao desenvolvimento de um método para avaliar se a utilização da energia está ocorrendo de forma otimizada, estimulando atitudes e conceitos anti-desperdício de energia. O monitoramento das cargas fornecerá dados para que o sistema proponha alternativas de utilização dos equipamentos considerando conceitos de GLD, possibilitando o controle de carga, resultando em um uso mais eficiente dos recursos. 1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA Este trabalho encontra-se subdividido em mais 5 capítulos além da Introdução. Os capítulos 2 e 3, consistem na revisão bibliográfica acerca de Smart Grids e Gerenciamento pelo Lado da Demanda, respectivamente. No capítulo 4, serão abordados os materiais utilizados para o desenvolvimento do sistema, bem 15

como os métodos empregados. O capitulo 5 apresenta os testes efetuados e os resultados obtidos. No capítulo 6, são expostas as conclusões e sugestões de trabalhos futuros. 16

2 SMART GRID 2.1 O QUE É SMART GRID Smart grid é um termo que se refere às novas e inteligentes redes de energia elétrica, viabilizadas por uma nova plataforma tecnológica de integração entre ativos de energia, telecomunicações e tecnologia de informação. A Plataforma Tecnológica Européia define smart grids, como redes de eletricidade que podem integrar inteligentemente o comportamento e as ações de todos os usuários conectados a ela - produtores, consumidores e aqueles que fazem as duas coisas (prosumers) - a fim de eficientemente entregar um fornecimento de energia sustentável, e econômico (SMART GRIDS EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM; Disponível em Abril/2011 no site http://smartgrids.eu/). Uma característica fundamental a ser observada com a implementação deste novo paradigma no sistema de potência atual, é a existência do fluxo bidirecional de energia e dados. Com isto, a concessionária de energia pode obter dados atualizados e mais precisos em relação ao consumo dos seus clientes, permitindo monitorar o fluxo de potência em tempo real, otimizando a capacidade da rede, podendo inclusive intervir no caso de sobrecargas, por exemplo, de modo a evitar interrupções, antes que esta venha a acontecer. Através da comunicação bidirecional, é possível também, endereçar automaticamente as perturbações na rede. Além disto, com o surgimento dos carros elétricos, e o avanço das tecnologias de geração a partir de fontes alternativas e da disseminação da geração distribuída, os consumidores passaram a poder gerar energia (eólica, solar, entre outras) nas suas residências, ou ainda, armazenar energia nas baterias de veículos elétricos. Como eventualmente a capacidade de geração pode exceder o consumo, surge também a possibilidade de integrar essas opções de geração à rede, vendendo (ou negociando) o excedente de energia à concessionária. Desta forma, mensurando o fluxo de potência nos dois sentidos, os smart grids são também, uma maneira de incorporar estes clientes especiais ao sistema elétrico atual. 17

2.2 MISSÃO Especialistas estimam que nos próximos quarenta anos, a demanda mundial por energia elétrica irá dobrar. Porém, face às preocupações com sustentabilidade não seria admissível que as emissões de gás carbônico aumentassem na mesma proporção. As metas européias, por exemplo, buscam reduzir as emissões pela metade (PATHWAYS TO ENERGY & CLIMATE CHANGE. Disponível em outubro de 2011 no site: http://www.wbcsd.org/web/publications/pathways.pdf). Além disto, a construção de novas unidades de geração e transmissão perto dos grandes centros de consumo (onde elas são mais necessárias) está cada vez mais difícil. Devido a inviabilidade do armazenamento de energia, tem-se hoje um sistema de geração, transmissão e distribuição dimensionado para suprir as necessidades dos seus consumidores nos horários de maior demanda (normalmente de curta duração). Durante maior parte do dia, várias usinas de geração de energia estão funcionando em carga mínima ou sequer estão funcionando. Levando em consideração os aspectos citados acima, pode-se dizer que a grande missão da implementação do Smart Grids é a utilização de novos conceitos e tecnologias visando um maior controle e otimização de toda a rede elétrica. 2.3 FUNÇÕES E OBJETIVOS Antes que sejam abordadas as tecnologias e infraestrutura necessária para implementação deste novo paradigma, faz-se necessário conhecer as principais funções das redes inteligentes: a) Motivar o gerenciamento pelo lado da demanda; b) Fornecer energia de melhor qualidade ao consumidor; c) Capacidade de auto-recomposição; d) Acomodar mais opções de geração e armazenamento de energia; 18

2.3.1 Motivar o gerenciamento pelo lado da demanda Como a concessionária pode saber exatamente qual a demanda de energia em determinado instante, esta pode oferecer ao consumidor uma tarifa proporcional ao valor da geração, transmissão e distribuição da energia naquele momento. Devido à esta troca de informações, será possível que a concessionária oferte tarifas com diversos valores de R$h, na tentativa de que o consumidor diminua sua média de consumo, principalmente no horário de pico.com isto o consumidor é incentivado a controlar ativamente a carga de sua residência, uma vez que este controle irá afetar diretamente o valor da sua fatura de energia. Assim, através na mudança em seu perfil de consumo, o consumidor passa a contribuir diretamente para a diminuição do pico de carga do sistema. No Brasil foi aprovada recentemente a regulamentação que define os pormenores do modelo de tarifação a ser utilizada no país. Esse tema será abordado de uma maneira mais detalhada no capítulo 3 deste trabalho. 2.3.2 Fornecer energia de melhor qualidade ao consumidor Na ocorrência de uma interrupção no fornecimento de energia, a concessionária deixa de faturar, pois assim não vende energia aos seus clientes. Além disto, existe outro fator a ser considerado que é o impacto e os prejuízos causados à sociedade, que pode vir a ser cobrado da concessionário por meio de indenizações. O prejuízo total considerando estes dois fatores é definido como custo de interrupção e é estimado em 2,12 USD/kWh (MUSSI e OLIVEIRA, 2005). Com este novo paradigma, a concessionária pode agir de forma mais eficiente em caso de uma falha na rede, como por exemplo, encontrando um novo caminho de fornecimento, isolando a falha, ou até desligando seletivamente equipamentos quando em uma situação de sobrecarga crítica. 2.3.2.1 Maior segurança na rede O Brasil é um dos países com maior potencial para geração de energia elétrica. Mesmo assim, é praticada atualmente uma tarifa bem superior à de outros países com o mesmo porte. Uma das razões para isto pode ser atribuída ao roubo de energia elétrica(recursos hídricos - Potencial Energético; Disponível em outubro 19

de 2011 no site http://www.brasil.gov.br/sobre/geografia/recursos-hidricos/crescentepotencial-energetico). Assim, os consumidores que não praticam este crime têm que arcar com as consequências, por meio da inclusão de valores adicionais na tarifa de modo a custear também o custo da energia consumida através de uma ligação clandestina. Com a interação entre concessionária e consumidor através da comunicação bidirecional, essa pode detectar sem maiores problemas uma ligação clandestina, intervindo de maneira eficaz evitando a ocorrência destes problemas. Desta forma, a tarifa tende a ser mais barata pois todos os consumidores pagam por sua energia consumida. 2.3.2.2 Capacidade de auto-recomposição Usando informações em tempo real dos medidores inteligentes, as redes inteligentes podem prever, detectar e responder aos problemas na rede na tentativa de evitar ou minimizar ao máximo as interrupções de energia. 2.3.3 Acomodar a micro-geração e armazenamento de energia Existem inúmeras maneiras de armazenar energia nos dias atuais, porém poucas delas são financeiramente viáveis para a concessionária de energia.o carro elétrico é um exemplo de armazenamento de energia de sucesso já em alguns projetos pilotos ao redor do mundo. O usuário carrega o seu carro durante a madrugada, quando a tarifa é reduzida e quando retorna do seu trabalho (horário de pico de carga), utiliza a energia remanescente para realizar atividades cotidianas que exigem energia elétrica, ou pode ainda vender a carga restante do seu carro para a rede. O carro deixa de ser simplesmente um meio de locomoção e passa a ser um meio de economizar dinheiro. Mais uma maneira para conseguir deixar a curva de carga mais uniforme. Quanto a geração de energia, mais fontes renováveis podem ser integradas à matriz energética através da geração independente (ou micro-geração), como por exemplo, a biomassa, eólica ou solar. Com isto, torna-se viável que o consumidor também produza energia, passando a exercer um papel ativo em relação a operação do sistema. 20

O grande benefício ao sistema que vem com isto é o melhor suporte a demanda no horário de pico, pois estes prosumers estarão usando energia própria para suprir sua demanda ou até mesmo, em caso de a capacidade de geração ser superior ao consumo da residência, vendendo energia à concessionária. 2.4 TECNOLOGIA E INFRAESTRUTURA PARA SMART GRID Para que seja possível usufruir de todos estes benefícios que o smart grid agrega à rede elétrica atual, são necessários grandes investimentos em uma nova infraestrutura com novas tecnologias que não são suportadas pela rede atual ou não são compatíveis com as tecnologias atuais. Primeiramente, para que haja uma confiabilidade nos dados que são utilizados para variados fins durante o planejamento e a operação do sistema, além de monitorar fugas e/ou furtos de energia,é necessária uma comunicação bidirecional integrada que envolve desde a unidade geradora de energia até o usuário final.esta comunicação integrada também tem que garantir uma interoperabilidade entre todos os equipamentos. Um ponto importante a se destacar é a questão da medição inteligente de energia. Não há possibilidade de analisar todo o sistema em tempo real se também não existir uma medição instantânea na residência de cada consumidor. Para tanto, faz-se necessária a troca dos medidores eletromecânicos ou eletrônicos por medidores inteligentes. Além dos medidores inteligentes, também é necessária a inserção no mercado dos plugues inteligentes (do inglês smart plugs). Estes plugues são responsáveis pela micro-medição em um equipamento e pela comunicação com o medidor inteligente. Estes plugues são fundamentais para os eletrodomésticos inteligentes, que por sua vez tendem a possuir um plugue inteligente integrado. 21

FIGURA 1. ESQUEMÁTICO DE UMA RESIDÊNCIA CONECTADA À UMA REDE INTELIGENTE (FONTE: COMPANHIA PARANAENSE DE ELETRICIDADE COPEL) A figura acima mostra como é a interação entre os equipamentos elétricos dentro de uma residência, feita através de um medidor inteligente, o qual é munido de uma comunicação direta com uma interface de gestão ativa de consumo. Desta forma, é possível o controle ativo das cargas de maior expressão, bem como a micro-geração (por exemplo, painéis solares). 2.5 ESTUDOS DE CASO No Brasil, o conceito smart grid ainda é um conceito recente. Pesquisas e testes a respeito do assunto por parte de concessionárias e órgãos regulamentadores no Brasil são relativamente novos, comparados ao que é percebido ao redor do mundo. Países como Itália e Estados Unidos, tomaram a dianteira já no começo do século, com estudos e testes acerca de medição inteligente, bem como o gerenciamento do consumo. Na grande maioria dos casos, foram feitos testes pontuais para que fosse possível fazer uma análise de viabilidade em caso de uma implementação em maior escala. A seguir, serão abordados separadamente alguns casos de sucesso ao redor do mundo. 22

2.5.1 França Na região de Lore, entre os anos de 1998 e 2003, a Électricité de France (EDF) fez um teste relativo a tarifação diferenciada para consumidores residenciais. Foram selecionados alguns consumidores para que fossem aplicadas a estes técnicas de gerenciamento pelo lado da demanda. Para tanto, foi estabelecida a estes uma tarifa horo-sazonal que consistia em dois valores de tarifa: um para horário de pico e outro para fora de pico. Através deste estudo, obteve-se como resultado que 58% dos alimentadores poderiam postergar a necessidade de um aumento ou reforço da rede através da modificação tarifária. Além disto, mais da metade dos 25% dos clientes que participaram da pesquisa e foram consultados, aprovaram esta nova tarifação e a aceitariam em suas residências (IEA PI02; Disponível no site http://www.ieadsm.org/casestudies.aspx). 2.5.2 Noruega Entre os anos de 2001 e 2004 foi feito um estudo sobre a flexibilidade do consumidor através do uso de tecnologias de informação e comunicação para controle remoto de aquecedores de água. Para isto, contou-se com a colaboração de 2 operadores da rede elétrica que forneceram comunicação bidirecional a cerca de onze mil consumidores, em grande parte residencial. Após toda a implementação da infraestrutura necessária, observou-se entre os meses de novembro de 2003 à março de 2004 uma diminuição de cerca de 3,2 MW do pico de energia. Foi estimado um potencial para redução de até 600 MW do pico de demanda se aplicado em toda a Noruega(IEA PI05; Disponível no site http://www.ieadsm.org/casestudies.aspx). 2.5.3 Estados Unidos Em 2001 foi feito um teste com cargas interruptíveis pela concessionária em Long Island, Nova Iorque. Este teste foi abrangido por clientes residenciais, comerciais e pequenas indústrias. Para cada um desses foi dado um bônus em dinheiro pela participação, bem como os dispositivos necessários para a comunicação bidirecional. 23

Este teste baseava-se em o consumidor autorizar que a concessionária controlasse o sistema de resfriamento dos consumidores durante o verão. Porém não seriam todos os dias do verão: a concessionária poderia controlar o sistema de resfriamento de cada residência durante 7 dias dos 4 meses do verão entre às 14 e 18 horas. Com a participação de 20400 clientes residenciais e 3000 clientes comerciais, foi prevista uma redução de 24,9 MW em horário de pico em dias de verão, sendo este valor altamente dependente da temperatura do dia (por se tratar de sistema de ar-condicionado). Cada carga residencial permitiu uma redução média de 1,03 kw e comercial de 1,35 kw. O custo médio da redução foi de USD 487/kW de redução de demanda, que foram pagos pela Long Island Power Authority (LIPA)(IEA DC03; Disponível no site http://www.ieadsm.org/casestudies.aspx). 2.6 IMPLEMENTAÇÃO DO SMART GRID NO BRASIL Nos últimos anos muito se tem falado sobre as redes inteligentes no Brasil, porém pouco tem sido efetivamente implementado pelas concessionárias. Fala-se em, como citado no item 1.3 deste artigo, grandes vantagens que esta nova plataforma pode trazer as concessionárias e ao consumidor, porém pouco se vê de concreto sendo realizado. A Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL, prometeu que no até o fim do ano corrente será divulgada a primeira, cuja audiência pública foi encerrada em outubro, de um total de duas normas relativa a SmartGrids no Brasil. Esta norma visa regulamentar o padrão que deve ser seguido pelos fabricantes em potencial de medidores inteligentes para o Brasil. Também sabe-se que nesta norma será descrito um padrão de comunicação a ser seguido para assegurar a interoperabilidade entre medidores, plugues inteligentes, interfaces de gerenciamento e eletrodomésticos inteligentes (ANEEL. Disponível em agosto de 2011 no site www.aneel.gov.br). Devido à lentidão que se vê por parte dos órgãos reguladores, as concessionárias de energia tomaram a dianteira e começaram a fazer projetos pilotos para analisar a viabilidade das Redes Inteligentes no Brasil. Um exemplo disto é o investimento que está sendo feito em Fazenda Rio Grande, cidade da 24

região metropolitana de Curitiba. É previsto um investimento de R$ 330 milhões em Smart-Grids até 2014. 25

3 GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA 3.1 CONCEITO Clark W. Gellings, criador do termo Demand Side Management (DSM), define que as atividades de GLD são aquelas que envolvem ações no lado da demanda, ou seja, no lado dos consumidores, de modo que estes e a concessionária trabalhem em parceria, buscando de uma maneira ampla, remodelar a curva de carga, ou seja, busca influenciar e, se necessário modificar, o comportamento do consumidor, a fim de beneficiar tanto o consumidor como a concessionária. "GLD não é a cura, tampouco vai fazer a demanda por energia elétrica totalmente previsível ou sujeita a controle, mas é uma nova ferramenta importante e flexível para adicionar a gestão das concessionárias ao modelo convencional." (GELLINGS e CHAMBERLIN, 1993, p. 12, traduzido pelo autor). Com a introdução dos conceitos de GLD, novas alternativas foram introduzidas, possibilitando à empresa de energia acompanhar o aumento da demanda, pois são ofertadas alternativas com custo menor (RUNNELS E WHYTE, 1985). Segundo Limaye (1988), os programas de GLD envolvem atividades que influenciam o consumidor a mudar a configuração (perfil e magnitude) de sua curva de carga, podendo resultar em um uso mais eficiente de recursos e reduzir os custos tanto para a empresa elétrica e para o consumidor. As ações no lado da demanda mais comum são: redução do consumo de ponta, preenchimento de vales e deslocamento de carga, mas de uma maneira geral, pode-se dizer que esta ações buscam aumentar a utilização e o fator de carga das unidades geradoras. Nos países mais industrializados, programas de GLD já são um componente essencial do planejamento integrado de recursos energéticos (International Perspectives on Demand Side Management; Disponível em Agosto/2011 no site http://www.aie.org.au). Programas de eficiência como o GLD, oferecem uma alternativa bastante atrativa para evitar investimentos no aumento da capacidade de geração, sendo que em alguns países, o GLD é considerado uma alternativa à geração. Atualmente, 26